CN115572891A - 一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带 - Google Patents

一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带,解决现有美工刀片用冷轧退火钢带的硬度低、制造成本高的技术问题。技术方案为,一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带,其化学成分重量百分比为:C:0.90%~0.98%,Si:0.10%~0.30%,Mn:0.30%~0.50%,P≤0.015%,S≤0.003%,Cr:0.10%~0.30%,Al:0.02%~0.04%,N≤0.0060%,其余为Fe和不可避免的杂质;冷轧退火钢带中非金属夹杂物等级在1.5级以下。0.30~0.60mm厚冷轧退火钢带的屈服强度RP0.2为420~480MPa,用于制作高强美工刀片。

Description

一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带
技术领域
本发明涉及一种用于制作加工刀具的冷轧退火钢带,特别涉及一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带及其制造方法,属于铁基合金技术领域。
背景技术
美工刀俗称刻刀或壁纸刀,是一种美术和做手工艺品用的刀具,主要用来切割质地较软的东西,多为塑刀柄和刀片两部分组成,为抽拉式结构。有大小多种型号,一般用于裁纸、切割胶带、封箱等,刀身要求强度硬度高且有一定的脆性,但在成形加工时要求韧性良好,防止冲压成形时脆断。
通常美工刀刀身的硬度和使用耐久性因为刀身材质的不同而有差别,目前常规美工刀刀片一般采用50钢或65Mn制作,但,美工刀刀片用钢热处理后硬度≤55HRC,硬度低,使用寿命较低。
申请公布号为CN106077087A的专利申请公开了美工刀片专用带材轧制工艺方法及生产设备,该专利公开了如何采用20辊冷轧机轧制带钢的过程,着重描述了冷轧机的设备及流程布置,没有对关键工艺参数阐述,也没有说明材料的组织控制及要求,采用的原料是普通50钢、65Mn等常规钢种,刀具热处理后硬度只能达到52-55HRC,材料硬度较低,使用寿命较低。
公开号为CN105543646 A的专利申请公开了一种薄板坯中高碳钢生产工艺,其材料主要元素化学成份重量百分比为:碳0.5~0.88%,硅0.15~0.68%,锰0.65~1.55%,铬0.09~0.22%,镍0.08~0.12%,砷0.02~0.035%,铜0.18~0.20%,铝≤0.2%,磷≤0.025%,硫0.002-0.0025%,其余为Fe和不可避免的杂质;该发明是为了改善材料的中心偏析和表面裂纹,采用了薄板坯连铸连轧设备工艺,着重公开的是薄板坯连铸过程工艺及参数。
发明内容
本发明目的是提供一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带及其制造方法,解决现有美工刀片用冷轧退火钢带的硬度低、制造成本高的技术问题。
本发明的技术思路是,通过采用提高钢中C元素基体含量,有效添加一定量的Mn、Cr微合金元素的成分设计方法,采用LF+RH双重精炼控制钢中有害元素和夹杂物,结合热轧工艺调控热轧态珠光体组织;并最终通过多道次冷轧、罩式退火炉球化退火来改善材料的组织、性能,得到高强美工刀片用冷轧退火钢带。
本发明的技术方案是,一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带,其化学成分重量百分比为:C:0.90%~0.98%,Si:0.10%~0.30%,Mn:0.30%~0.50%,P≤0.015%,S≤0.003%,Cr:0.10%~0.30%,Al:0.02%~0.04%,N≤0.0060%,其余为Fe和不可避免的杂质;冷轧退火钢带中非金属夹杂物等级在1.5级以下。
本发明冷轧退火钢带的金相组织为粒状珠光体+铁素体,球化率为90~95%;0.30~0.60mm厚冷轧退火钢带的屈服强度RP0.2为420~480MPa,抗拉强度Rm为560~620MPa,断后伸长率A50mm为20%~25%;维氏硬度HV0.5为175~195。
采用淬火+回火工艺对本发明冷轧退火钢带进行热处理,冷轧退火钢带经热处理后的洛氏硬度为60~63HRC。
本发明所述的美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带的化学成分限定在上述范围内的理由如下:
碳:碳是珠光体形成的主要合金元素,同时影响材料热轧、冷轧、退火以及刀片淬火后的硬度。C含量过低,不能满足零件最终高硬度要求;C含量过高则塑性韧性下降明显,钢卷发生脆断。经综合考虑,本发明设定碳含量为0.90%~0.98%。
硅:硅作为固溶强化元素,固溶在钢带基体中有一定的强化效果,同时作为冶炼时的一种脱氧剂,对脱氧、脱硫发挥作用。但大量含有时会使铁素体相硬化,加工性能明显降低。并且Si在热轧过程促进钢卷表面锈红氧化铁皮缺陷产生,影响成品外观;经综合考虑,本发明设定Si含量为0.10%~0.30%。
锰:锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中含有一定量的锰,能消除或改善钢的热加工性能,同时能明显提高淬透性。但含量过多时,会引起成分偏析,造成组织不均,材料成型性能急剧下降。经综合考虑,本发明设定Mn含量为0.30%~0.50%。
磷:磷为杂质元素,偏析于晶界使加工性能下降,希望尽可能减少其含量,提高成型性能;但考虑到工艺设备控制能力和脱磷成本,本发明限定P≤0.015%。
硫:硫为杂质元素,在钢中形成MnS等夹杂物,影响成形性能。希望尽可能减少其含量;考虑到实际控制能力和脱硫成本,本发明限定S≤0.003%。
铬:铬是碳化物形成元素,可形成多种合金碳化物;并抑制热轧后冷却过程中组织晶粒度,提高材料强度和硬度,一般要求含量在0.10%以上,但含量过多会使合金成本增加,同时也降低加工性能。经综合考虑,本发明设定Cr含量为0.10%~0.30%。
铝:铝在本发明中的作用是起到脱氧以及结合游离态氮的作用,铝是强氧化性形成元素,和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。同时铝还具有细化晶粒,防止奥氏体晶粒的粗大的作用,随着铝含量的增加,以上效果下降显著;同时铝过高会形成过多的Al2O3夹杂,在连铸浇注时容易堵塞浇注水口。经综合考虑,本发明设定Al含量为0.02%~0.04%。
氮:氮含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性,使钢材脆性增加,还会造成连铸坯开裂。本发明限定N≤0.0060%。
一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带的制造方法,该方法包括:
钢水经LF精炼炉精炼、RH炉真空脱气处理后进行连续浇注得到连铸板坯,连铸板坯化学成分的重量百分比为:C:0.90~0.98%,Si:0.10~0.30%,Mn:0.30~0.50%,P≤0.015%,S≤0.003%,Cr:0.10~0.30%,Al:0.02~0.04%,N≤0.0060%;其余为Fe和不可避免的杂质;按美国材料试验协会《ASTM E45-13测定钢中夹杂物含量的标准试验方法》,采用方法A进行检验,连铸板坯中非金属夹杂物等级在1.5级以下;
连铸板坯经加热炉加热至1190~1230℃,加热180~240min后进行热轧,所述的热轧为两段式轧制工艺,粗轧为5道次连轧,在奥氏体再结晶温度以上轧制,初轧结束温度为1020~1060℃;精轧为7道次连轧,精轧结束温度为870~910℃,精轧压下率为90~95%;精轧后,控制钢板厚度为2.0~3.0mm,层流冷却采用前段冷却,冷却速度为20~30℃/S,卷取温度为620~660℃卷取得热轧钢卷;
将热轧钢卷转运至缓冷区,用缓冷墙对热轧钢卷进行缓冷,缓冷48~72小时后,将热轧钢卷移出缓冷区进行空冷;
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、分条、冷轧、罩式退火炉退火后,得到厚度为0.30~0.60mm成品冷轧退火钢带,冷轧压下率为75~85%;经过冷轧后的轧硬态钢带经过罩式退火炉退火,钢带在罩式退火炉均热段的温度为700~720℃,钢带在均热段的退火时间为14~16h。
热轧工艺以及热轧钢卷组织控制是实现本发明的技术关键点之一。通过计算,本发明成分体系Acm为824.8℃,A1为733.2℃;所采取的热轧工艺均是基于本发明成分体系和计算的相变点。
本发明采取的生产工艺制度的理由如下:
1、钢水采用LF精炼炉+RH真空炉双精炼工艺和连铸板坯中夹杂物等级的设定
钢水中非金属夹杂物控制是实现本发明的关键技术,因为美工刀片厚度很薄,只有0.3-0.6mm厚,钢中非金属夹杂物的大小、形状对美工刀片加工影响很大,夹杂物过大、过多会造成美工刀片成形加工产生微裂纹甚至开裂,导致产品失效。因此,本发明在炼钢精炼工序采用LF精炼炉+RH真空炉双精炼,控制控制连铸板坯中夹杂物等级,连铸板坯中夹杂物等级按美国材料与试验协会《ASTM E45-13测定钢中夹杂物含量的标准试验方法》,采用方法A进行检验,本发明设定连铸板坯中非金属夹杂物等级在1.5级以下,满足美工刀片的成形加工要求。
2、连铸板坯加热温度和加热时间的设定
连铸板坯加热温度和时间的设定在于保证连铸坯中C、Si、Mn等合金元素充分扩散、固溶,粗大的碳化物颗粒溶解,在钢中均匀分布。温度过低和加热时间过短,都不能达到上述目的。采用较高的板坯加热温度,目标温度1210℃,若温度过高,加热时间过长,板坯表面氧化脱碳严重,不利于钢带最终性能和表面质量,同时也消耗能源。因此,本发明设定连铸板坯加热温度为1190℃~1230℃,加热时间为180~240min。
3、精轧结束温度的设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用,一方面通过材料在奥氏体未再结晶区轧制,得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒,在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒,起到细化晶粒,减轻带状偏析的作用;另一方面,若终轧温度过低,会导致轧制负荷过大,影响轧制稳定性。因此,本发明设定精轧结束温度为870~910℃。
4、层流冷却方式和冷却速度的设定
本发明精轧后层流冷却采用前段冷却工艺,能够促进精轧后材料中奥氏体组织快速发生珠光体转变,且组织均匀适度细化,故冷却速度设定为20~30℃/S。
5、热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能及后续的球化退火效果。采取中等的卷取温度,能够使晶粒适度细化、均匀,有利于后续冷轧。若卷取温度过高,则会使晶粒粗大,组织不均,若卷取温度过低,则会使热轧材料强度上升明显,钢卷脆性增加,不利于进一步的开卷分条和冷轧加工。因此本发明设定热轧卷取温度为620~660℃。
6、热轧钢卷在缓冷区缓冷时间的设定
热轧钢卷在卷取后进入缓冷墙,主要是防止钢卷卷取后冷速过快,发生类似马氏体转变。因为本发明产品碳含量很高,钢卷敞开堆放空冷过程可能发生贝氏体甚至马氏体转变,导致材料脆性显著增加,发生局部开裂、断带问题,影响后续加工。因此本发明热轧后钢卷进入缓冷墙冷却,并设定缓冷时间为48~72小时。
7、冷轧压下率的设定
冷轧变形量是提高钢带硬度和规格尺寸精度的重要手段。随着冷轧变形量的不断增加,使材料内部位错密度大量增加,为片状珠光体球化转变提供更多能量。但过高的变形量会带来冷轧轧机负荷过大,冷轧轧制道次增加,冷轧轧制成本大量增加。综合考虑,本发明优选冷轧压下率为75~85%。
8、退火温度和退火时间的设定
本发明采用罩式退火炉退火,考虑到前工序冷轧变形累积效果,促进片状珠光体球化,一般在A1点温度以下进行退火。过高的退火温度会造成晶粒粗大,过低则难以达到球化效果,本发明设定钢带在罩式退火炉均热段退火温度为700-720℃。
退火时均热段保温时间也很关键;保温时间过短,则层片状珠光体链未能完全熔断、断开;不能产生细小球状颗粒,形成弥散分布;若保温时间过长,则粒状珠光体又会重新长大、团聚在一起,形成层片状偏析,导致材料韧性下降,不利于后续加工。为提高球化退火效果,本发明钢带在均热段的设定时间为14-16h。
本发明热轧钢带的金相组织为细片状珠光体;2.0~3.0mm厚热轧钢带的屈服强度RP0.2为600~700MPa,抗拉强度Rm为950~1100MPa,断后伸长率A50mm为12~18%。
本发明方法生产的冷轧退火钢带的金相组织为粒状珠光体+铁素体,球化率为90~95%;0.30~0.60mm厚冷轧退火钢带的屈服强度RP0.2为420~480MPa,抗拉强度Rm为560~620MPa,断后伸长率A50mm为20%~25%;维氏硬度HV0.5为175~195。
用现有常规淬火+回火工艺对本发明冷轧退火钢带进行热处理,冷轧退火钢带经热处理后的洛氏硬度为60~63HRC。
本发明相比现有技术具有如下积极效果:1、本发明通过在成分设计中采用高碳含量,提高材料硬度;同时添加一定量的Mn、Cr等微合金元素提高材料淬火性能,得到高硬度冷轧退火钢带;用现有常规淬火+回火工艺对本发明冷轧退火钢带进行热处理,冷轧退火钢带经热处理后的洛氏硬度为60~63HRC。2、在材料制造过程中,本发明在炼钢过程采用LF+RH双重精炼控制钢中有害元素和夹杂物含量,热轧过程控制轧制温度及轧后冷却方式,得到晶粒适度细化、强韧性适中的热轧态钢卷。并通过多道次冷轧、合理的退火工艺,使钢中片状珠光体充分球化,得到组织均匀分布的美工刀片用冷轧钢带,有利于刀片的成形和最终热处理性能。
附图说明
图1为本发明实施例3热轧钢带的金相组织照片,其放大倍率为500倍。
图2为本发明实施例3冷轧退火钢带的金相组织照片,其放大倍率为500倍。
具体实施方式
下面结合实施例1~5对本发明作进一步说明,如表1~5所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计),余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分,单位:重量百分比,%。
Figure BDA0003124874560000051
Figure BDA0003124874560000061
通过转炉熔炼,并经LF钢包精炼炉精炼工序脱硫处理、合金成分微调和RH炉进行真空循环脱气处理,纯脱气时间大于8分钟,得到符合成分要求的钢水,钢水通过连铸得到连铸板坯。连铸板坯厚度为210~230mm,宽度为900~1600mm,长度为8000~11700mm。
本发明方法得到连铸板坯,根据钢中非金属夹杂物评定方法(GB/T 10561)检测夹杂物,连铸板坯中非金属夹杂物等级在1.5级以下。
连铸板坯直接热装热送至加热炉加热,而且中间不得下线冷却;出炉除鳞后送至热连轧机组进行轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制,经层流冷却后进行卷取,层流冷却采取前段冷却,产出合格热轧钢卷,热轧钢带的厚度为2.0~3.0mm。
将热轧钢卷转运至缓冷区,用缓冷墙对热轧钢卷进行缓冷,缓冷48~72小时后,将热轧钢卷移出缓冷区进行空冷。热轧工艺控制参数见表2。
利用上述方法得到的热轧钢带,参照图1,热轧钢带的金相组织为细片状珠光体;2.0~3.0mm厚热轧钢带的屈服强度RP0.2为600~700MPa,抗拉强度Rm为950~1100MPa,断后伸长率A50mm为12~18%。
将本发明得到的热轧钢带按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》进行拉伸试验,钢的显微组织评定方法(GB/T 13299)检测显微组织,其力学性能见表3。
表2本发明实施例热轧工艺参数
Figure BDA0003124874560000062
表3本发明实施例热轧钢带的力学性能
Figure BDA0003124874560000063
Figure BDA0003124874560000071
将上述热轧钢卷重新开卷后进行酸洗,按照宽度规格要求分条后,在可逆轧机或单机架冷轧机上进行多道次冷轧,冷轧压下率为75~85%;冷轧后的轧硬态钢卷经罩式炉退火得到厚度为0.30-0.60mm的成品冷轧钢带,球化退火工艺为:罩式炉退火(均热段)温度为700-720℃,退火(均热段)时间为14-16h。冷轧、退火工艺控制参数见表4。
表4本发明实施例冷轧、退火工艺控制参数
冷轧、退火参数 冷轧压下率/% 退火温度/℃ 退火时间/h 冷轧钢带厚度/mm
本发明 75-85 700-720 14-16 0.30-0.60
实施例1 82.6 715 15.0 0.40
实施例2 85.0 710 14.5 0.30
实施例3 84.0 705 15.0 0.40
实施例4 79.5 710 16.0 0.55
实施例5 84.0 720 14.5 0.35
利用上述方法得到的冷轧退火钢带,参见图2,冷轧退火钢带的金相组织为粒状珠光体+铁素体,球化率为90~95%;0.30~0.60mm厚冷轧退火钢带的屈服强度RP0.2为420~480MPa,抗拉强度Rm为560~620MPa,断后伸长率A50mm为20%~25%;维氏硬度HV0.5为175~195。
将本发明得到的冷轧退火钢带按照金属材料拉伸试验方法(GB/T 228.1)、钢的显微组织评定方法(GB/T 13299)、金属材料维氏硬度试验方法(GB/T4340.1-2009)进行拉伸、显微组织、硬度检测,冷轧退火钢带的力学性能见表5。
表5本发明实施例冷轧退火钢带的性能指标
Figure BDA0003124874560000072
用现有常规淬火+回火工艺对本发明冷轧退火钢带进行热处理,按照金属材料洛氏硬度试验方法(GB/T 230.1-2009)进行硬度检测,实施例1-5冷轧退火钢带经淬火+回火热处理后的洛氏硬度分别为61.5HRC、62.5HRC、61.0HRC、60.5HRC、62.0HRC。
如表5所示,本发明冷轧退火钢带的材料强韧性良好,淬火+回火热处理后,硬度较高;满足美工刀片连续成形加工和高硬度使用要求。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式;凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带,其化学成分重量百分比为:C:0.90%~0.98%,Si:0.10%~0.30%,Mn:0.30%~0.50%,P≤0.015%,S≤0.003%,Cr:0.10%~0.30%,Al:0.02%~0.04%,N≤0.0060%,其余为Fe和不可避免的杂质;冷轧退火钢带中非金属夹杂物等级在1.5级以下;0.30~0.60mm厚冷轧退火钢带的屈服强度RP0.2为420~480MPa,抗拉强度Rm为560~620MPa,断后伸长率A50mm为20%~25%;维氏硬度HV0.5为175~195。
2.如权利要求1所述的美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带,其特征是,冷轧退火钢带的金相组织为粒状珠光体+铁素体,球化率为90~95%。
3.如权利要求1所述的美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带,其特征是,冷轧退火钢带经淬火+回火工艺热处理后的洛氏硬度为60~63HRC。
4.一种美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带的制造方法,其特征是,所述方法包括以下步骤:
钢水经LF精炼炉精炼、RH炉真空脱气处理后进行连续浇注得到连铸板坯,连铸板坯化学成分的重量百分比为:C:0.90~0.98%,Si:0.10~0.30%,Mn:0.30~0.50%,P≤0.015%,S≤0.003%,Cr:0.10~0.30%,Al:0.02~0.04%,N≤0.0060%;其余为Fe和不可避免的杂质;按美国材料试验协会《ASTM E45-13测定钢中夹杂物含量的标准试验方法》,采用方法A进行检验,连铸板坯中非金属夹杂物等级在1.5级以下;
连铸板坯经加热炉加热至1190~1230℃,加热180~240min后进行热轧,所述的热轧为两段式轧制工艺,粗轧为5道次连轧,在奥氏体再结晶温度以上轧制,初轧结束温度为1020~1060℃;精轧为7道次连轧,精轧结束温度为870~910℃,精轧压下率为90~95%;精轧后,控制钢板厚度为2.0~3.0mm,层流冷却采用前段冷却,冷却速度为20~30℃/S,卷取温度为620~660℃卷取得热轧钢卷;
将热轧钢卷转运至缓冷区,进入缓冷墙对热轧钢卷进行缓冷,缓冷48~72小时后,将热轧钢卷移出缓冷区;
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、分条、冷轧、罩式退火炉退火后,得到厚度为0.30~0.60mm成品冷轧退火钢带,冷轧压下率为75~85%;经过冷轧后的轧硬态钢带经过罩式退火炉退火,钢带在罩式退火炉均热段的温度为700~720℃,钢带在均热段的退火时间为14~16h。
5.如权利要求4所述的美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带的制造方法,其特征是,冷轧退火钢带的金相组织为粒状珠光体+铁素体,球化率为90~95%;0.30~0.60mm厚冷轧退火钢带的屈服强度RP0.2为420~480MPa,抗拉强度Rm为560~620MPa,断后伸长率A50mm为20%~25%;维氏硬度HV0.5为175~195。
6.如权利要求4所述的美工刀片用屈服强度420MPa级冷轧退火钢带的制造方法,其特征是,冷轧退火钢带经淬火+回火工艺热处理后的洛氏硬度为60~63HRC。
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